拉弯和压弯构件资料讲解
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《金属结构设计》第五章 拉弯和压弯构件
mx ——等效弯矩系数。
5. 拉弯和压弯构件
§5.3.1弯矩作用平面内的稳定计算（续6） 上式中的等效弯矩系数应按下列规定采用。 ① 框架柱和两端支承的构件：
a.无横向荷载作用：
mx
0.65 0.35
率（无反弯点）时取同号，使构件产生反向曲率（有反弯点）时取异号， M1 M 2 ；
5. 拉弯和压弯构件
§5.1拉弯和压弯构件的特点（续2）
进行拉弯和压弯构件设计时，应同时满足: 承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。 拉弯构件：需要计算强度和刚度（限制长细比）； 压弯构件：需要计算强度、整体稳定（弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳 定）、局部稳定和刚度（限制长细比）。 拉弯构件的容许长细比和轴心拉杆相同，压弯构件的容许长细比和轴心压杆相同。
N A
mx M x
N xW2 x 1 1.25 / N Ex
f
（5-12）
式中：W1x——受拉侧最外纤维的毛截面模量。 式中的系数1.25是经过与理论计算结果比较后引进的修正系数。
5. 拉弯和压弯构件
§5.3.2弯矩作用平面外的稳定计算 开口薄壁截面压弯构件的抗扭刚度及弯矩作用平面外的抗弯刚度通常较小，当构件 在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能因弯扭屈 曲而破坏。 《钢结构设汁规范》采用的实腹式压弯构件弯矩作用平面外稳定计算的相关公式 M N tx x f （5-13） y A bW1x 式中：Mx——所计算构件段范围内（构件侧向支承点间）的最大弯矩； βtx——等效弯矩系数，应根据两相邻支承点间构件段内的荷载和内力情况确定， 取值方法与弯矩作用平面内的等效弯矩系数βmx相同； η——截面影响系数，闭合截面η＝0.7，其他截面η＝1.0； fy——弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数； fb——均匀弯曲受弯构件的整体稳定系数，采用近似计算公式计算，这些公式 已考虑了构件的弹塑性失稳问题，因此当fb大于0.6时不必再换算。 对闭口截面 fb＝1.0；
拉弯和压弯构件(第一讲)
N
Mx
x A
Wpx 1 0.8
N N Ex
fy
3.规范规定的实腹式压弯构件整体稳定计算式
N
mxM x
f
x A
xW1x
1
0.8
RN
N Ex
N 轴向压力；
M x 所计算构件段范围内的最大弯矩；
x 轴心受压构件的稳定系数；
W1x 受压最大纤维的毛截面抵抗矩；
NEx 欧拉临界力，NEx 2EA/ 2x； R 抗力分项系数, Q235: R 1.087, 其它1.111; mx 等效弯矩系数，详见规范取值。
2
0
以Nz/NEy的不同值代入上式得N/NEy和Mx/Mcrx相 关曲线:
如偏安全地取Nz/NEy＝1，则上式成为：
Mx M crx
2
1
N N Ey
2
即
N Mx 1 N Ey M crx
用NEy=yAfy，Mcrx=bW1xfy代入上式得规范公式
N tx M x f y A bW1x
v0
1 (
x
1)1 x
Afy N Ex
W1x A
代入上式整理得：
N
x A
Mx
W1x 1x
N N Ex
fy
2.最大强度准则
实腹式压弯构件当受压最大边缘刚开始屈服时 尚有较大的强度储备，即容许截面塑性深入。 因此若要反映构件的实际受力情况，宜采用 最大强度准则，即以具有各种初始缺陷的构 件为计算模型，求解其极限承载力。规范考 虑截面塑性发展和二介弯矩，对初弯曲和残 余应力用综合等效弯矩系数v0，最后提出一 近似相关公式：
拉弯构件需要计算：强度、刚度(限制长细比)。
压弯构件需要计算：强度、整体稳定(弯矩作用 平面内稳定和弯矩作用平面外稳定)、局部稳定、 刚度(限制长细比)。
《拉弯与压弯构》课件
01
实例1
大型船舶的船体结构
02
实例2
大型工业设备的框架结构
03
04
实例3
高速列车的车体结构
实例4
大型管道系统中的弯头和三通 接头
2023
PART 05
拉弯与压弯构件的发展趋 势
REPORTING
新材料的应用
高强度钢材
随着冶金技术的进步，高强度钢材的强度和韧性得到了显 著提高，使得拉弯与压弯构件的承载能力更强，轻量化效 果更明显。
稳定性要求
稳定性是拉弯构件的重要 性能指标之一，设计时应 确保构件在使用过程中不 会发生失稳。
经济性要求
设计时应考虑制造成本和 使用成本，选择合适的材 料和截面尺寸，以达到经 济合理的目的。
2023
PART 02
压弯构件
REPORTING
压弯构件的特点
弯曲变形
压弯构件在压力作用下产 生弯曲变形，其承载能力 受到弯曲应力和剪切应力 的共同影响。
设计原则比较
拉弯构件
设计时需考虑拉力作用下构件的稳定 性、强度和刚度要求，以及可能的轴 向压缩影响。
压弯构件
设计时需综合考虑压力和弯曲力矩作 用下的稳定性、强度和刚度要求，以 及可能的轴向拉伸影响。
应用场景比较
拉弯构件
适用于如桥梁、建筑结构中的拉杆、塔架等需要承受轴向拉伸载荷的场合。
压弯构件
广泛应用于建筑、桥梁、船舶、航空航天等领域中需要承受轴向压缩和弯曲力 矩的结构件。
稳定性要求高
由于压弯构件在承受压力 时容易发生失稳破坏，因 此需要特别关注其稳定性 问题。
截面形式多样
压弯构件的截面可以根据 需要进行设计，常见的有 矩形、工字形和箱形等。
钢结构——拉弯构件和压弯构件
钢结构——拉弯构件和压弯构件钢结构是指采用钢材作为主要构造材料的建筑结构。
在钢结构中，常见的构件有拉弯构件和压弯构件。
拉弯构件主要承受拉力，而压弯构件则主要承受压力。
本文将分别介绍拉弯构件和压弯构件的特点、设计和应用。
拉弯构件是指同时承受拉力和弯矩的构件。
它们常常用于桥梁、塔架等需要抵抗拉力的结构中。
拉弯构件受力时，在受拉面上会产生拉应变，而在另一侧会产生压应变。
拉弯构件的设计目标是在满足强度和刚度的要求下，最大程度地减小构件重量。
为了实现这一目标，拉弯构件通常采用I型、H型或者箱型截面，这些截面具有较大的截面面积和惯性矩，能够提供足够的强度和刚度。
拉弯构件的设计需要考虑以下几个因素：首先是受力情况。
拉弯构件在受力时，应根据实际情况确定构件的截面形状和尺寸，以满足承受拉力和弯矩的要求。
其次是构件的材料选择。
常见的拉弯构件材料有普通碳素钢和高强度钢。
高强度钢具有较高的强度和刚度，能够减小构件的截面尺寸和重量。
最后是构件的连接方式。
拉弯构件的连接方式有焊接、螺栓连接和铆接等，设计时需要选择适合的连接方式以满足受力要求。
压弯构件是指同时受到压力和弯矩作用的构件。
它们通常用于承担压力的柱子和梁等结构中。
压弯构件在受力时，产生的主要应力是压应力和弯曲应力。
与拉弯构件相比，压弯构件的设计更加复杂，需要考虑稳定性问题。
在设计过程中，需要根据实际情况确定构件的截面形状和尺寸，以满足承受压力和弯矩的要求，并保证构件的稳定性。
常见的压弯构件截面有角钢、工字钢和管材等。
与拉弯构件相比，压弯构件的设计更注重稳定性。
在设计压弯构件时，需要考虑构件的临界压弯强度，即其能够承受的最大弯矩和压力。
为了提高构件的稳定性，常见的设计方法有增大截面尺寸、采用合适的截面形状、设置剪力加强构件等。
此外，还需要考虑构件的支撑条件和边界约束等因素，以保证压弯构件在受力过程中不发生屈曲或失稳。
拉弯构件和压弯构件在钢结构设计和应用中都起着重要的作用。
钢结构之拉弯和压弯构件
拉弯和压弯构件对于压弯构件，当承受的弯矩较小时其截面形式与一般的轴心受压构件相同。
当弯矩较大时，宜采用弯矩平面内截面高度较大的双轴或单轴对称截面（图1）。
图1 弯矩较大的实腹式压弯构件截面设计拉弯构件时，需计算强度和刚度（限制长细比）；设计压弯构件时，需计算强度、整体稳定（弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳定）、局部稳定和刚度（限制长细比）。
拉弯和压弯构件的容许长细比分别与轴心受拉构件和轴心受压构件相同。
一、拉弯和压弯构件的强度计算拉弯和压弯构件的强度计算式f W M A Nnxx x n ≤+γ （1） 承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，采用的计算公式f W M W M A Nnyy y nx x x n ≤++γγ （2） 式中 n A ——净截面面积；nx W 、ny W ——对x 轴和y 轴的净截面模量；x γ、y γ——截面塑性发展系数。
当压弯构件受压翼缘的外伸宽度与其厚度之比t b /＞y f /23513，但不超过y f /23515时，应取x γ＝1.0。
对需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，宜取x γ＝y γ＝1.0，即按弹性应力状态计算。
二、实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算确定压弯构件弯矩作用平面内极限承载力的方法很多，可分为两大类，一类是边缘屈服准则的计算方法，一类是精度较高的数值计算方法。
1． 边缘屈服准则边缘纤维屈服准认为当构件截面最大纤维刚刚屈服时构件即失去承载能力而发生破坏，较适用于格构式构件。
按边缘屈服准则导出的相关公式y Ex x x xx f N N W M AN=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+ϕϕ11 （3）式中x ϕ——在弯矩作用平面内的轴心受压构件整体稳定系数。
2．最大强度准则实腹式压弯构件当受压最大边缘刚开始屈服时尚有较大的强度储备，即容许截面塑性深入。
因此若要反映构件的实际受力情况，宜采用最大强度准则，即以具有各种初始缺陷的构件为计算模型，求解其极限承载力。
规范修订时，采用数值计算方法，考虑构件存在l/1000的初弯曲和实测的残余应力分布,借用了弹性压弯构件边缘纤维屈服时计算公式的形式，经过数值运算，得出比较符合实际又能满足工程精度要求的实用相关公式y Ex px xx f N N W M AN=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+8.01ϕ （4）式中 px W ——截面塑性模量。
拉弯构件和压弯构件
f＝215N/mm2， E 206103 N / 矩作用平面外的稳定性。截面几何特性：柱截面
面积A＝16400mm2 I x 7.56 10 8 mm 4 I y 17067cm4
tx
1.0，截面对X轴为b类截面。
b
1.07
h0 tw
0.8 48 0
0.5
26.2
235 fy
但不小于 40 235
fy
6.6 实腹式压弯构件的设计
一、截面形式
实腹式压弯构件，要按受力大小、使用要求和构造要求选 择合适的截面形式
弯距较小时，截面形式与一般轴心受压构件相同
弯距较大时，宜采用在弯距作用平面内截面高度较大的双 轴对称截面或单轴对称截面
2y
44000
fy 235
1.0
Q235钢b类截面轴心受压构件稳定系数
λ
30
35
40
45
50
55
φ
0.936 0.918 0.899 0.878 0.856 0.833
N tx M x f （6 22） y A bW1x
解： M x FL 120 5 600 KNm
)
强度极限
状态
6.1 拉弯和压弯构件的强度计算
3. 强度计算准则 （1）边缘纤维屈服准则 构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服，便达到强度极 限，构件处在弹性工作阶段。
（2）全截面屈服准则 构件受力最大截面形成塑性铰，便达到强度极限，构件处在 塑性工作阶段。
（3）部分发展塑性准则 构件受力最大截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极 限，界面塑性发展深度根据具体情况确定。
N M2
钢结构设计原理---拉弯压弯构件
max maxx,y []
[]取值同 轴压构件。
第六章 拉弯、压弯构件
§6.2 拉弯、压弯构件的强度
对拉弯构件、截面有削弱或构件端部弯矩大于跨间 弯矩的压弯构件，需要进行强度计算。
hw h
h (1-2)h h
Af=bt y
x Mx x Aw=hwtw
y
fy
fy
fy
fy H
N
H
fy
fy
(a) (b) (c
第六章 拉弯、压弯构件
§6.1拉弯、压弯构件的应用和截面形式 1、拉弯、压弯构件的应用
构件同时承受轴心压（拉）力和绕截 面形心主轴的弯矩作用，称为压弯 （拉弯）构件。根据绕截面形心主轴 的弯矩，有单向压（拉）弯构件；双 向压（拉）弯构件。弯矩由偏心轴力 引起时，也称作偏压（或拉）构件。
图6.1 压弯、拉弯构件
2. 箱形截面的腹板
考虑到两块腹板可能受力不均，因而箱形截面高厚比值取为共字
型截面腹板的0.8倍。但不应小于
40 235/ fy
第六章 拉弯、压弯构件
3.T形截面的腹板
当弯矩作用在T形截面对称轴内并使腹板自由边受压时：
当0≤1.0时
h0 15 tw
235/ fy
（6.26a）
当0＞1.0时
h0 18 tw
（6.4）
第六章 拉弯、压弯构件
1.单向拉弯、压弯构件强度计算公式
N Mx f
An xWnx
（6.5a）
第六章 拉弯、压弯构件
2.双向拉弯、压弯构件强度计算公式
N Mx My f
An xWnx yWny
（6.5b）
N——轴心压力设计值
An——验算截面净截面面积
拉弯与压弯构件
一、拉弯和压弯构件的应用和破坏形式
1、概念：
拉弯构件：同时承受轴线拉力和弯矩作用的构件 压弯构件：同时承受轴线压力和弯矩作用的构件
N
NN
N
e
e
P
P
N
NN
N
N
NN
NN MB
N MB
H
H
e
Pe q
P q
P
P
H
H
N
N N
MA NN
MA N
2、截面类型：
压弯构件：
如果承受的弯矩不大，而轴心压力很大，其截面形式 和一般轴心压杆相同
(1 2 ) M p (1 2 )
联立以上两式，消去η，则有如下相关方程
( N )2 M 1
Np
Mp
N p f ybh －－轴力单独作用时最大承载力 M p fy bh2 4 －－弯矩单独作用时最大承载力
为计算方便，改用线性相关方程（偏安全）
NM 1
Np Mp
《规范》公式
N An
M
Wn
fy
N txM x f y A bW1x
四、压弯构件的局部屈曲 1、翼缘：控制宽厚比 2、腹板：根据腹板所受压应力的应力梯度
0 = max min /max
代入上式便有：
Af yx
Af yxv0
A W1x (1 Af yx
NE ) f y (b)Βιβλιοθήκη 联立1、2两式，则有N
mM x
x A W1x (1 x N
NEx )
fy
如果和梁一样允许一定的塑性发展，则有《规范》公式
N
mxM x
x A W 1x 1x (1 0.8N
N
' Ex
1、概念：
拉弯构件：同时承受轴线拉力和弯矩作用的构件 压弯构件：同时承受轴线压力和弯矩作用的构件
N
NN
N
e
e
P
P
N
NN
N
N
NN
NN MB
N MB
H
H
e
Pe q
P q
P
P
H
H
N
N N
MA NN
MA N
2、截面类型：
压弯构件：
如果承受的弯矩不大，而轴心压力很大，其截面形式 和一般轴心压杆相同
(1 2 ) M p (1 2 )
联立以上两式，消去η，则有如下相关方程
( N )2 M 1
Np
Mp
N p f ybh －－轴力单独作用时最大承载力 M p fy bh2 4 －－弯矩单独作用时最大承载力
为计算方便，改用线性相关方程（偏安全）
NM 1
Np Mp
《规范》公式
N An
M
Wn
fy
N txM x f y A bW1x
四、压弯构件的局部屈曲 1、翼缘：控制宽厚比 2、腹板：根据腹板所受压应力的应力梯度
0 = max min /max
代入上式便有：
Af yx
Af yxv0
A W1x (1 Af yx
NE ) f y (b)Βιβλιοθήκη 联立1、2两式，则有N
mM x
x A W1x (1 x N
NEx )
fy
如果和梁一样允许一定的塑性发展，则有《规范》公式
N
mxM x
x A W 1x 1x (1 0.8N
N
' Ex
钢结构设计原理第六章拉弯和压弯构件
钢结构设计原理第六章拉弯和压弯构件首先介绍拉弯构件。
拉弯构件主要受到正弯矩和拉力的作用。
在设计拉弯构件时，需要考虑结构的受力特点，根据结构所受到的相应受力，选择合适的杆件截面形状。
在选择截面形状时，需要综合考虑截面的承载能力、弹性变形能力和抗扭刚度等因素。
根据拉弯构件的受力特点，可以选择T形截面、双角截面、工字型截面等形式，以提高结构的强度和刚度。
接下来是压弯构件的设计原理。
压弯构件主要受到负弯矩和压力的作用。
在设计压弯构件时，同样需要综合考虑结构的受力特点，并选择合适的杆件截面形状。
在选择截面形状时，需要考虑截面的承载能力、塑性变形能力和抗扭刚度等因素。
压弯构件的常用截面形状包括工字型截面、双角截面、矩形截面等形式。
除了截面形状的选择原则外，还需要对拉弯和压弯构件进行强度计算。
计算时需要考虑截面的承载能力和结构所受到的荷载。
拉弯构件的强度计算一般通过确定杆件的等效长度来进行，根据拉弯构件的长度和截面形状，选择合适的等效长度，然后根据相应的拉弯构件等效长度和所受到的荷载，计算出截面的承载能力。
压弯构件的强度计算一般需要采用压杆稳定性原理进行，根据杆件的截面形状、弹性模量和地面特性等因素，计算出截面的临界压力。
若所受压力小于临界压力，则认为结构是稳定的。
总结来说，设计拉弯和压弯构件时，需要综合考虑结构的受力特点，并选择合适的杆件截面形状。
在选择截面形状时，需要综合考虑截面的承载能力、弹性变形能力和抗扭刚度等因素。
此外，还需要进行强度计算，以确保构件的稳定性和安全性。
第6章 拉弯和压弯构件
N N Ey
1
N N Ey
N Ey N
Mx M crx
2
0
N / NEy
1.0
0.0
1 0.5
N / NEy 5 2
0.2
M x / Mcrx
1.0
大多数工程构件
N /NEy 1
即 N Mx 1
NEy M crx
可视为压弯杆件平面外 稳定的下限值
第6章 拉弯和压弯构件
压弯杆件平面外稳定工程计算公式的表达
Mx
N
y
v
Mx zN
稳定问题要采用二阶分析——在荷载产生变形的基础上建立平衡方程 构件的侧向变形与轴力N 产生附加的弯矩——称P－δ效应(二阶效应) 构件的挠度比仅因弯矩产生的挠度增大——放大效应
弯矩等效
第6章 拉弯和压弯构件
压弯构件考虑轴压力作用的弹性弯曲平衡方程
Mx
N
y6章 拉弯和压弯构件
例如工业厂房的变截面柱为压弯构件 eN
MN
截面类型
第6章 拉弯和压弯构件
截面选择
受力状态 -轴压为主，弯矩为辅 -单向弯矩为主 -双向压弯
截面类型与选择
双轴对称,两主轴长细比接近( λx = λy ) 双轴对称或单轴对称
第6章 拉弯和压弯构件
拉、压弯构件的计算内容
拉弯构件
轴力—弯曲挠度变形曲线
第6章 拉弯和压弯构件
部分考虑塑性发展的弹塑性设计方法 ：
N / Np 1.0
N / Np 1.0
20 40
偏心率0y =1
80 120
vmax /
0 20
截面承载力
80
轴力—弯曲挠度变形曲线
(以长细比为参数)
第六章 拉弯和压弯构件
三、截面形式 当弯矩较小和正负弯矩绝对值大 致相等或使用上有特殊要求时，常采用双轴对称 截面。当构件的正负弯矩绝对值相差较大时，为 了节省钢材，常采用单轴对称截面。
四.拉弯构件的设计要求 需进行强度和刚度计算。 五、压弯构件的设计要求 1．压弯构件的破坏方式：（1）强度破坏。
（2）为弯矩作用平面内丧失整体稳定 当N<Nux时，构件 内、外力矩的平衡是稳定的。当N达到Nux后，在减小荷 载情况下v 仍不断增大，截面内力矩已不能与外力矩保 持稳定的平衡。称这种现象为压弯构件丧失弯矩作用平 面内的整体稳定，它属于弯曲失稳（屈曲）。 （3）弯矩作用平面外丧失整体稳定 当荷载达某一值Nuy ， 构件将突然发生弯矩作用平面外的弯曲变形，并伴随绕 纵向剪切中心轴的扭转，而发生破坏。称这种现象为压 弯构件丧失弯矩作用平面外的整体稳定，它属于弯扭失 稳（屈曲）。 （4）局部失稳（屈曲）将导致压弯构件整体稳定承载力 降低。 2. 设计要求 应进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定 性计算。
第六章 拉弯和压弯构件 第一节 概 述 一、定义 同时承受弯矩和轴心拉力或轴心压力的 构件称为拉弯构件或压弯构件。压弯构件也称为 梁—柱。 二、应用 单层厂房的柱、多层或高层房屋的框架 柱、承受不对称荷载的 工作平台柱、以及支架 柱、塔架、桅杆塔等常 是压弯构件；桁架中承 受节间内荷载的杆件则 是压弯或拉弯构件。
2.箱形截面的腹板 箱形截面的腹板 箱形截面腹板边缘的嵌固程度比工字形截面弱， 且两块腹板的受力情况也可能有差别，腹板的 h0/tw不应超过上式右侧乘以0.8后的值，当此值小 于 40 235 / f 时，应采用 40 235 / f 。
y y
3. T形截面的腹板 形截面的腹板 当α0 ≤1时，应力分布不均的影响小，限值取 h 与翼缘相同， / t ≤ 15 235 / f 。 当α0>1时，应力分 布不均的有利影响较大,限值提高20%，取为：
拉弯和压弯构件
图6.5 压弯构件截面应力的发展过程
第9页/共73页
由此可得强度验算公式为：
N Mx My f
An xWnx yWny
式中：N—设计荷载引起的轴心力；
(6.7)
Mx、My—分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；
γx、γy—分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展
系数，当压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比
从图6.3.4可以看出，当偏心压力达临界值N时，截面在 xoz平面内产生侧弯，挠度为u，因而形成了平面外方向的弯 矩 M y 及Nu剪力。
此剪力 V dM y不/ d通z 过N截u面的弯曲中心，对截面形成扭 矩：
Mz Ve Neu
(6.3.10)
因此，构件在弯矩作用平面外的屈曲属于弯扭屈曲。
N
N
强轴
e
弱轴
荷载
图6.3.1
第14页/共73页
图所示为一根在两端作用有相同弯矩的等截面压弯构 件，当N与M共同作用时，可以画出压力N和杆中点挠度v 的关系曲线。图中的虚线0AD是把压弯构件看作完全弹性 体时的关系曲线。实曲线0ABC则代表弹性塑性杆的关系 曲线，曲线的上升段0B表示杆处于稳定平衡状态，下降 段则表示处于不稳定平衡状态。曲线的B点表示承载力的 极限状态，对应的极限荷载要用压溃理论来确定。实际上， 当达到该极限状态时所对应的挠度太大而不能满足使用要 求。如取构件截面边缘屈服（A点）作为稳定承载力的极 限状态，则显得过于保守。因此，钢结构设计规范取A′点 作为稳定承载力的极限状态，即将截面的塑性区限制在 1/4～1/8截面高度范围。由此可借用强度相关公式来导出 稳定承载力的实用计算公式。
（但不b /超t 过13 235/ f y 时，应取γx =b1/.t00；15需2要35验/ 算f y 疲劳
第9页/共73页
由此可得强度验算公式为：
N Mx My f
An xWnx yWny
式中：N—设计荷载引起的轴心力；
(6.7)
Mx、My—分别是作用在两个主平面内的计算弯矩；
γx、γy—分别是截面在两个主平面内的截面塑性发展
系数，当压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比
从图6.3.4可以看出，当偏心压力达临界值N时，截面在 xoz平面内产生侧弯，挠度为u，因而形成了平面外方向的弯 矩 M y 及Nu剪力。
此剪力 V dM y不/ d通z 过N截u面的弯曲中心，对截面形成扭 矩：
Mz Ve Neu
(6.3.10)
因此，构件在弯矩作用平面外的屈曲属于弯扭屈曲。
N
N
强轴
e
弱轴
荷载
图6.3.1
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图所示为一根在两端作用有相同弯矩的等截面压弯构 件，当N与M共同作用时，可以画出压力N和杆中点挠度v 的关系曲线。图中的虚线0AD是把压弯构件看作完全弹性 体时的关系曲线。实曲线0ABC则代表弹性塑性杆的关系 曲线，曲线的上升段0B表示杆处于稳定平衡状态，下降 段则表示处于不稳定平衡状态。曲线的B点表示承载力的 极限状态，对应的极限荷载要用压溃理论来确定。实际上， 当达到该极限状态时所对应的挠度太大而不能满足使用要 求。如取构件截面边缘屈服（A点）作为稳定承载力的极 限状态，则显得过于保守。因此，钢结构设计规范取A′点 作为稳定承载力的极限状态，即将截面的塑性区限制在 1/4～1/8截面高度范围。由此可借用强度相关公式来导出 稳定承载力的实用计算公式。
（但不b /超t 过13 235/ f y 时，应取γx =b1/.t00；15需2要35验/ 算f y 疲劳
第七章拉弯和压弯构件
N Mx My f
An xWnx xWny
（7.7）
当截面无削弱且N、Mx的取值与整体稳定验算的取 值相同而等效弯距系数为1.0时，不必进行强度验算
整体稳定验算
➢ 实腹式压弯构件弯距作用平面内稳定计算式：
N
mxMx
f
xA
xW1x
10.8NNE' x
（7.12）
➢ T形截面压弯构件还应按下式验算平面内稳定：
当0≤a0≤1.6时
th W 0当1 160 .6＜0.5 a 0≤22时523fy5 th W 048 00.52.2 6 23fy5
局部稳定验算 压弯构件的板件宽厚比限值
截面及板件尺寸
宽厚比限值
d t
b0 t
40235fy
当0≤a0≤1.6时
th W 00当.81 1 .66 0＜0 a.50≤ 22时523fy5
N
xA Wpx
Mx 10.8NNEx
fy
Wps—截面塑性模量
（7.11）
仅适用于弯距沿杆长均匀 分布的梁端铰支压弯构件
❖ 7.3.1.3 规范规定的实腹式 压弯构件整体稳定计算式
采用等效弯距bmxMx（Mx为最大弯距，bmx≤1） 考虑其他荷载作用情况
采用Wps＝gxW1x考虑部分塑性深入截面 引入考虑分析系数gR
（拉弯构件与轴心受拉构件相同，压弯构件与轴心受压 构件相同）
➢ 承载能力极限状态：
压弯构件承载能力极限状态的计算，包括强度、整体 稳定和局部稳定计算；（整体稳定包括弯矩作用平面 内稳定和弯矩作用平面外稳定）
拉弯构件承载力极限状态的计算通常仅需要计算其强 度；当构件所承受的弯矩较大时，需按受弯构件进行 整体稳定和局部稳定计算
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截面影响系 面 数 0.7， ，闭 其口 余 1 截 截 .0；
βtx—等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为 计算单元，取值同βmx ；
b 均匀弯曲受弯 体构 稳件 定的 系整 数， ：计
（1）工字形（含H型钢）截面
双轴对称时：
b
1.07 2y fy
44002035
单轴对称时：
b
1.072b
有侧移失稳的框架，其临界力比无测移失稳 的框架低得多，因此，除非有阻止框架侧移 的支撑系统（如支撑架、剪力墙等），框架 的承载能力一般以有侧移失稳时的临界力确 定。
(63)
上式即为规范给定的在N、Mx作用下的强度计算公式。 对于在N、Mx 、My作用下的强度计算公式，规范采用 了与上式相衔接的线形公式：
NM x M y f
A n xW nx yW ny
(64)
Mx , My ——两个主轴方向的弯矩
x , y ——两个主轴方向的塑性发展因数
如工字形， x 1.05 y 1.20
N 计算段轴心压力设计值 ；
N Ex N Ex 1.1， N Ex 2 EA x
1.1 抗力分项系数
的均值；
R
0.8 修正系数 ;
x 弯矩作用平面内轴压构 件的稳定系数；
M x 计算区段的最大弯矩； W1x 在弯矩作用平面内对较 大受压纤维的毛截面模 量；
x 塑性发展系数； 等效弯矩系数，取值如 下：
刚度
实腹式
整体稳定 局部稳定
平面内稳定 平面外稳定
格构式
弯矩作用在实轴上 弯矩作用在虚轴上 (分肢稳定)
max maxx,y []
[] 取 值 同 轴 压 构 件 。
§6-2 拉弯和压弯构件的强度
一、截面应力的发展 以矩形截面压弯构件为例：
fy
h
b
(A)
(A)弹性工作阶段 N AW Mfy
(61)
绕x轴弯曲 变形
弯扭失稳
My
弯扭失稳
绕y轴弯曲 变形
压弯构件 弯矩x绕 轴作用 弯矩作用平y面 z平为 面
y Mx
F
x
Mx Fz
λx>λy λx<λy
N 绕x轴失稳 绕y轴失稳
Mx
绕x轴弯曲 变形
弯扭失稳
My
弯扭失稳
绕y轴弯曲 变形
N-Mx 绕x轴失稳 弯扭失稳
压弯构件 弯矩y绕 轴作用 弯矩作用平x面 z平为 面
N H
fy
fy
b
(A)
(B)
(C)
(D)
Nh12byf
M hh bhfy
从上式中消 ，去 注意Np到 hbyf,Mp bh2fy 4，
得N、M无量纲相关曲线
N Np
2
M Mp
1
对于工字形截面N也、可 M类得似的无量纲相， 关曲 这些曲线都是外为 凸了 的便 。于计算，虑 同到 时分 考 析中没有考虑附的 加不 挠利 度影响，规了 范直 采线 用 式相关公式，即线 用代 斜替 直曲线。
一、应用
§6-1 概述
一般工业厂房
eN
和多层房屋的框
架柱均为拉弯和
压弯构件。
MN
二、截面形式
a)
b)
三、计算内容
拉弯构件： 承载能力极限状态：强度 正常使用极限状态：刚度
max maxx ,y []
[] 取 值 同 轴 压 构 件 。
压弯构件：
承载 能力 极限 状态
强度 稳定
正常 使用 极限 状态
N AM W m 1x a x N AW 1 m x1 M x xN N N E 0xfy
当M x 0时, 设在初始偏心下临界压 力为
N N cr x fA, 代入有
0
W1 x A
1
x
11
x fyA
N Ex
将
回代有
0
N
mx M x
x A W1x 1 x N N Ex
N xAxW 1x 1 m M 0 x.x 8N N Ex b tW yM y1y yf
(61)2
及
N yA btW xM x1x xyW 1y1 m M y0.8 y N N Eyf
(61)3
三、实腹式压弯构件的局部稳定 规范采用了限制板件的宽厚比的方法。
框架柱的计算长度
单根受压构件的计算长度可根据构件端部的 约束条件按弹性稳定理论确定。
规范对βmx作出具体规定：
1、框架柱和两端支承构件 （1）没有横向荷载作用时： mx0.650.3M 5M12 M1、 M2为端弯矩，无反弯点时取同号，否
则取异号，｜M1｜≥｜M2｜
（2）有端弯矩和横向荷载同时作用时:
使构件产生同向曲率时: βmx =1.0 使构件产生反向曲率时: βmx =0.85
弯矩作用平面外稳定的机理与梁失稳的机理相同，因 此其失稳形式也相同——平面外弯扭屈曲。
基本假定：
1、由于平面外截面刚度较小，故忽略该平面的挠曲变 形。
2．杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。
3．材料为弹性。
N yA tbW xM 1xxf
(61)1
式中:
y弯矩作用平 件面 的外 稳轴 定压 系构 数
＝26 - 199.2＝-173.2N／mm2(负号表示压应力) 173.2N／mm2＜ f＝215N／mm2(满足要求)
(2) 刚度
0x
l0x ix
45014.57350
3.05
0y
l0y iy
45099.6350(满足要求)
4.52
§6-3 实腹式压弯构件的稳定
轴心受压构件
y
F
Fz
x
λx>λy λx<λy
解：1．构件的最大弯矩
Mx＝F·a＝8×1.5＝12kN·m
2. 截面几何特性， 由附表查得2L100×10 An＝2×19.26＝38.52cm2 W1x＝2×63.2＝126.4cm3 W2x＝2×25.1＝50.2cm3
ix =3.05cm，iy ＝4.52 cm
3．验算 查附表得 f ＝215N／mm2 x1＝1.05， x2 ＝1. 2 (1)强度
h
ηh h-2ηh ηh
(B)最大压应力一侧截面部分屈服 (C)截面两侧均有部分屈服 (D)塑性工作阶段—塑性铰(强度极限)
fy
fy
fy
fy H
N H
fy
fy
b
(A)
(B)
(C)
(D)
对于矩形截面压弯构件，由图（D）内力平衡条 件可得，N、M无量纲相关曲线：
h
ηh h-2ηh ηh
fy
fy
fy
fy H
第 六 章
北京南站
大纲要求:
1、了解拉弯和压弯构件的应用和截面形式； 2、了解压弯构件整体稳定的基本原理；掌握其计算方法； 3、了解实腹式压弯构件局部稳定的基本原理；掌握其计
算方法； 4、掌握拉弯和压弯的强度和刚度计算; 5、掌握实腹式压弯构件设计方法及其主要的构造要求； 6、掌握格构式压弯构件设计方法及其主要的构造要求；
令 k 2 N E ， k I l2N N E ， x N E x2 E2 x A
解方程可得压弯构件弹性挠曲线方程
yM x 1co ks slikn zco ks z1
N siknl
当z l 2时，构件中点的最度大为挠
ym
Mx N
se
c
N NEx
1
将sec N 展成级,得 数
2 NEx
压弯构件弹性工作状态截面受压边缘纤维屈服时的轴 力与弯矩的相关公式为
其中
N A
Mmax W1x
fy
Mmax MxNm y
Mmax为构件截面上的 维边 开缘 始纤 屈服时的 矩最大
M
为构件上作用的端弯矩
x
Nym为轴力在最大挠生 度的 上附 产加弯矩
在先不计初始偏心影响的前提下
基本微分方程
EIx dd2z2yNyMx
②弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于18 23时5 f：y
b 1.00.0005y
fy 235
注意：
用以上公式求得的应φb≤1.0； 当φb > 0.6时，不需要换算，因已经考虑塑性发展； 闭口截面φb=1.0。
公式适用于弹塑性、封闭与非封闭、单轴对称与 双轴对称、纯弯与非纯弯
弯矩作用在两个主轴平面内为双向弯曲压弯构件，在实 际工程中较为少见。规范仅规定了双轴对称截面柱的 计算方法。双轴对称的工字形截面(含H型钢)和箱形截 面的压弯构件，当弯矩作用在两个主平面内时，可用 下列式线性公式计算其稳定性：
（3）仅有横向荷载时：βmx =1.0
2、悬臂构件: βmx =1.0
对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉 区可能先受拉出现塑性，为此应满足：
N－
mxMx
f
A
xW2x(11
N .25 )
NE x
(610)
式中： W2x 对无翼缘端（受 ）拉 的边 毛缘 截面模量 其余符号同前。
二、弯矩作用平面外的稳定
N Mx 1 N p M px
式中：
N p Af y M px Wpx f y
由于全截面达到塑性状态后，变形过大，因此规范 对不同截面限制其塑性发展区域为（1/8-1/4）h
因此，令： N p A nfy 抗力分项系数，得：
M p x x W nfx y 并引入
A N nM xW xnxf
对1边缘
A N nxM 1W x1x31.5 80 1 21 030 201.01 51 21 2 .46 0 6130
＝26十90.4＝116.4N／mm2<215N／mm2(满足要求)